Berechnung verschiedener Erreichbarkeitsindikatoren für den Ostseeraum mit ArcGIS Network Analyst

Transkript

1 Berechnung verschiedener Erreichbarkeitsindikatoren für den Ostseeraum mit ArcGIS Network Analyst Carsten Schürmann (RRG) 14. Deutschsprachige ESRI Anwenderkonferenz April 2008 Forum am Deutschen Museum, München

2 Agenda Erreichbarkeitsindikatoren - Begriffsbestimmungen Tools in ArcGIS Traditioneller Ansatz vs. Rasteransatz Gegenüberstellung verschiedener Implementierungen Beispiele Ostseeraum (Rasteransatz) Zusammenfassung 2

3 Erreichbarkeitsindikatoren - Begriffsbestimmungen

4 Erreichbarkeitsindikatoren (I) Erreichbarkeit ist das maßgebliche Produkt eines Verkehrssystems. Sie bestimmt insbesondere die Lagevorteile eines Standortes. Erreichbarkeitsindikatoren können intra-regionale regionale Infrastrukturen wie auch inter-regionale regionale Infrastrukturen messen, die von außen auf einen Standort einwirken. Erreichbarkeitsindikatoren reichen von einfachen Ausstattungskennziffern bis hin zu komplexen Indikatoren, die die Verbindungsqualität und die Zielaktivitäten ten mit einbeziehen. 4

5 Erreichbarkeitsindikatoren (II) Ausstattungskennziffern Reisezeit und Reisekosten Tägliche Erreichbarkeit, Erreichbarkeitspotenzial Infrastrukturkennziffern z.b. Länge/dichte von Autobahnen, Anzahl v. Bahnhöfen, Anzahl v. Universitäten Reisezeit zum nächsten Flughafen, Krankenhaus, zum Stadtkern etc. Generalisierte Kosten zu den nächsten x Einrichtungen/Städte Tägl. Erreichbarkeit: akkumulierte Aktivitäten innerhalb eines fixen Zeit/Kostenbudgets Erreichbarkeitspotenzial: akkumulierte Aktivitäten gewichtet mit Reisezeit / - kosten Länder bis Kreise Regierungsbezirke, Kreise, Verkehrsbezirke, einzelne Ziele Raster Regierungsbezirke, Kreise, Verkehrsbezirke, einzelne Ziele Raster Zunehmende Komplexität 5

6 Tools in ArcGIS

7 ESRI Tools zur Berechnung v. Erreichbarkeiten ArcGIS Network Analyst ArcInfo Workstation Network Extension Route Closest Facility OD Cost Matrix Service Area Path Allocate Nodedistance Accessibility Interaction 7

8 Traditioneller Ansatz vs. Rasteransatz

9 Traditionelles Vorgehen Begrenzte (geringe) Zahl an Startpunkten Isochronen 1-3 Begrenzte (geringe) Zahl an Zielen Standort i feste Vorgaben von Zeit- oder Kostenbudgets Ergebnis: Einzugsbereiche bzw. Zeit-/Kostenmatrizen keine interne Differenzierung der Isochronen minimierte Matrizen Standort i Ziel j Zeit/Kosten

10 Traditionelles Vorgehen Vor-/Nachteile Vorteile Nachteile - rasche Implementierung - schnelle Berechnung - klare Begrenzung d. Einzugsbereiche - reduzierte Matrizen - geringe Anforderungen an Daten - geringe Flexibilität - Keine flächendeckenden Ergebnisse - keine vollständigen Matrizen - keine Kontrolle über Netzzugänge - geringe Kontrolle über Abgrenzung der Isochronen - keine interne Differenzierung der Isochronen 10

11 Rasteransatz nahezu unbegrenzte (sehr hohe) Zahl an Startpunkten (=Rasterzellen) hohe Zahl an Zielen keine Vorgaben von Zeit- oder Kostenbudgets Ergebnis: Einzugsbereiche bzw. Zeit-/Kostenmatrizen interne Differenzierung der Isochronen Erreichbarkeitsoberflächen chen 11

12 Rasteransatz Vor-/Nachteile Vorteile Nachteile - hohe Flexibilität - größere Kontrolle über relevante Parameter (z.b. Netzzugänge) - flächendeckende Ergebnisse - vollständige Matrizen - interne Differenzierungen - Möglichkeiten zu beliebigen Aggregationen - komplexe Implementierung - lange Berechnungsdauer - keine exakten Einzugsbereiche - große erzeugte Datenmengen - Notwendigkeit der Programmierung 12

13 Gegenüberstellung verschiedener Implementierungen

14 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland ArcInfo Workstation 14

15 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland ArcGIS Network Analyst: ohne trim 15

16 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland ArcGIS Network Analyst: 500m trim 16

17 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland ArcGIS Network Analyst: 250m trim 17

18 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland ArcGIS Network Analyst: 100m trim 18

19 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland Rasteransatz 1x1 km 19

20 Bsp: 45 min Einzugsbereich Tampere, Finnland 20 ArcInfo Workstation ArcGIS Network Analyst: ohne trim ArcGIS Network Analyst: 500m trim ArcGIS Network Analyst: 250m trim ArcGIS Network Analyst: 100m trim Rasteransatz 1x1 km

21 Beispiele Ostseeraum (Rasteransatz)

22 Reisezeiten zu Flughäfen 22

23 Reisezeiten zu großen Städten Raster Aggregation Kreise 23

24 Reisezeiten zu GVZ / Bahnhöfen GVZ Bahnhöfe 24

25 Bevölkerungspotenzial (50 km) 25

26 Potenzielle Erreichbarkeit: Bevölkerung & BIP 26

27 Verbindungsqualität zw. Arbeitsmarktzentren 27

28 Fahrzeitanalysen (I) maximale Fahrzeit durchschn. Fahrzeit 28

29 Fahrzeitanalysen (II) Anteil Bev. >45min an Regionsbev. 29 Anteil Bev. >45min an Gesamtbev.

30 Zusammenfassung

31 Implementierung in ArcGIS Network Analyst 1. Erzeugung Rastersystem ( Zellen, Polygone, wichtig: ID) 2. Erzeugung eines Punktlayers der Zellmittelpunkte (Ids!) 3. Gegebenenfalls Aufbereitung der Verkehrsnetze 4. Erzeugen des Network Datasets 5. Laden der Rasterpunkte als Origins 6. Laden der Ziele ( destinations ) 7. Angabe der Parameter für den OD Matrix Solver 8. Berechnung der Matrix 9. Visualisierung (,join Matrix mit Rasterpolygonen) 31

32 Verfeinerungen des Rasteransatzes (I) Kontrolle der Zuweisung der Origins/Destinations zu Netzknoten (nicht automatisiert durch Network Analyst) mehrere Zugänge der Rasterzellen zum Verkehrsnetz (Bsp: ÖPNV, Flughäfen) programmatisch, z.b. nach Himmelsrichtungen (ÖV-Netze) 32

33 Verfeinerungen des Rasteransatzes (II) einfache Implementierung von Barrieren u. auszusparenden Gebieten größ ößere Kontrolle über relevante Parameter (z.b. Netzzugang, trimming etc.) Aggregierung der Rasterergebnisse zu beliebigen Einheiten inkl. der Analyse intra-regionaler regionaler Differenzen Innovative Visualisierungen der Erreichbarkeitsoberflächen chen 33

34 Tipps / Hinweise Rasteransatz lange Rechenzeiten je nach Auflösung u.u. Probleme mit RAM (ArcGIS u. Workstation) temporäre re / finale Dateien u.u. > 4 GB (=Probleme OS) nicht vollständige Matrix auf einmal rechnen (Überspeicherungen), sondern aufteilen (Beschleunigungen) dennoch: Möglichkeit auch hohe Auflösungen zu rechnen. Bsp. Ostseeraum: 2,5x2,5 km, ~ 2,5 Mio Zellen, Strassennetz > 3 Mio Kanten 34

35 Schlußfolgerungen ArcGIS Network Analyst momentan kann Service Area Solver unter ArcGIS nicht empfohlen werden stattdessen: OD Matrix Solver auf Rasterbasis mit Rasterzellen als Origins und Städten/Einrichtungen als Ziele Wunsch an ESRI: Implementierung der im Vergleich zu AI Workstation noch fehlender Funktionen (Accessibility, Interaction) mehr Flexibilität mit weiteren Parametereinstellungen Einlesen von Fahrplänen / ÖV-Funktionalitätenten Verbesserungen bei der Isochronenerzeugung (z.b. break lines, detailliertere Interpolationen bei parallelen Verkehrswegen, Inseln in ÖV -Netzen) 35

36 Weitere Informationen / Kontakt Carsten Schürmann rmann, Dipl.-Ing. Büro für Raumforschung, Raumplanung und Geoinformation (RRG) Eichenweg Oldenburg i.h. Deutschland Tel Fax cs@brrg.de Web: Informationen zur verwendeten Datenbasis: RRG GIS Database 36